CN107326282B

CN107326282B - 600MPa级高屈强比热轧高强轻质钢及其制造方法

Info

Publication number: CN107326282B
Application number: CN201710570198.0A
Authority: CN
Inventors: 谭文; 韩斌; 黄全伟; 张剑君; 沈继胜; 孙宜强; 朱万军; 刘继雄
Original assignee: Wuhan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Wuhan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2017-07-13
Filing date: 2017-07-13
Publication date: 2018-09-14
Anticipated expiration: 2037-07-13
Also published as: CN107326282A

Abstract

本发明提供了一种600MPa级高屈强比热轧高强轻质钢，它的化学成分按质量百分数计为：C:0.05％～0.20％，Mn:0.50％～2.00％，Si:0.05～0.50％；Al:3.0～8.0％，Nb:0.02～0.10％，P≤0.015％，S≤0.010％，N≤0.008％，Ca:0.0001‑0.10％，其余为Fe及不可避免的杂质。本发明通过成分和工艺的组合控制，可以实现轻质钢的高抗拉强度、高屈强比、优秀的冷弯性能，并降低了密度，对冶炼、轧制过程的控制也相对简单，极大提高生产效率和过程成本的控制。

Description

600MPa级高屈强比热轧高强轻质钢及其制造方法

技术领域

本发明涉及轻质钢制造领域，具体地指一种600MPa级高屈强比热轧高强轻质钢及其制造方法。

背景技术

近年来，随着汽车节能减排技术的推进，汽车轻量化成为一种发展趋势。汽车材料轻量化通常采用两种方式实现，一种方法是通过采用薄规格高强钢来降低钢材的用量，而另一种方法则是通过降低钢材的密度来降低钢材的重量，从而降低钢材的用量。在第二种方法中，由于Al合金具有密度小、原子半径大的特点，因此Al成为降低密度的关键合金，为了使钢材密度降低4％以上，一般钢中会添加3％以上的Al。同时为了提高钢材的塑性，使钢中含有一定的残余奥氏体，使钢材在变形过程中产生TRIP或者TWIP效应，钢中还添加有较多的Mn、Ni等合金元素。因此现有技术中一般存在如下问题：一方面，大量Mn、Ni等合金元素的添加导致这类低密度钢一直在δ铁素体和γ奥氏体两相区轧制，造成钢材的带状组织严重，进而使材料产生各项异性，容易产生冷弯开裂等问题。为了减轻带状组织，这类产品通常需要采用多道次的冷轧及退火，但效果仍然不理想。另一方面，这类钢的屈强比通常较低，一般低于0.80，不能满足高屈强比的用途。

此外，在实现钢材低密度的方法中，也有通过添加6～9％的Al，并降低钢材中的碳至几个PPm级，并添加少量的Mn，采用冷轧、退火的方式来生产厚度0.5～2.0mm的产品，但其抗拉强度550MPa以下，屈强比在0.80以下。

发明内容

本发明的目的是提供一种600MPa级高屈强比热轧高强轻质钢，它不仅质量轻，而且抗拉强度高、屈强比高。

为实现上述目的，本发明提供一种600MPa级高屈强比热轧高强轻质钢，它的化学成分按质量百分数计为：C:0.05％～0.20％，Mn:0.50％～2.00％，Si:0.05～0.50％；Al:3.0～8.0％，Nb:0.02～0.10％，P≤0.015％，S≤0.010％，N≤0.008％，Ca:0.0001～0.10％，其余为Fe及不可避免的杂质。

并且，所述轻质钢中的C、Al、Mn、Nb的质量百分数满足0.10≤(15C+0.5Mn)/(Al+10Nb)≤0.40，Mn/Al≤0.25。

本发明中各元素及主要工艺的作用及机理：

C：碳在钢中起固溶强化作用，或与钢中的Nb等碳化物形成元素形成MC细小颗粒，起到析出强化和细化晶粒的作用，提高钢材的强度。但碳含量过高容易在钢中形成过多的珠光体，降低钢材的屈强比，进而降低钢材的韧性，且碳含量过高，钢中易于形成带状组织，导致钢材的成型性能和焊接性能下降，因此本发明中的C含量选择为0.05％～0.20％，更优选为0.05～0.15％。

Mn：Mn在钢中起固溶强化和稳定奥氏体的作用，有利于提高钢材的屈强比。含量过低，强化作用太小。Mn含量过高容易导致钢中奥氏体含量增多，从而增加钢中珠光体等第二相组织的比例，不利于得到铁素体组织。另外，Mn含量过高也容易导致钢中形成带状组织，导致材料在冷弯成型过程中容易开裂，因此本发明Mn含量为0.50～2.00％。

Al：Al为轻质元素，由于其原子质量小且比铁原子半径大，可有效降低钢材的密度，因此为轻质钢的主要添加元素，Al也是铁素体形成元素，促进钢中铁素体的形成。但Al元素含量过高会形成FeAl间化合物，降低钢材韧性。因此本发明中Al含量为3.0～8.0％，更优选为4.0～6.5％。

Si：Si在钢中起固溶强化作用，Si含量过低，固溶强化效果不明显，但Si含量过高对表面质量产生不利影响，因此本发明Si含量为0.05～0.50％。

Nb：Nb在钢中起到固溶强化作用，与钢中的C、N结合形成NbC和NbN，起到析出强化的作用，而且Nb为强铁素体形成元素，有利于钢中形成铁素体组织，但Nb含量过高会增加轧制负荷，使轧制难以进行，且Nb为贵重金属，Nb含量过高会大大增加钢材的制造成本，因此本发明中Nb的含量为0.02～0.10％。

本发明中C、Al、Mn、Nb元素含量需满足0.10≤(15C+0.5Mn)/(Al+10Nb)≤0.40，Mn/Al≤0.25。当0.10≤(15C+0.5Mn)/(Al+10Nb)≤0.40，Mn/Al≤0.25时，可保证钢中的铁素体组织≥99％，保证钢材的强度和韧性，且能有效提高钢材的焊接性能。优选为0.15≤(15C+0.5Mn)/(Al+10Nb)≤0.40。

P：P为钢中的杂质元素，易于在晶界偏聚，影响产品的韧性，因此其含量越低越好。根据实际控制水平，应控制在0.015％以下。

S：S为钢中的杂质元素，易在晶界产生偏聚，且与钢中的Fe形成低熔点的FeS，降低钢材的韧性，炼钢时应充分去除，应控制在0.010％以内。

N：N为钢中的杂质元素，降低钢材的韧性，容易和钢中Al、Nb形成AlN和NbN，含量过高，易形成粗大的AlN和NbN，因此尽量降低其含量，应控制在0.008％以下。

Ca：一定含量的钙可改善钢中夹杂物的状态，从而有利于提高钢的韧性，因此本发明中Ca为0.0001～0.0050％。

本发明的另一个目的是上述600MPa级高屈强比热轧高强轻质钢的制造方法，该方法步骤简单、成本低，适合于工业化生产。

为实现上述目的，本发明提供一种上述600MPa级高屈强比热轧高强轻质钢的制造方法，它依次包括以下步骤：连铸、铸坯加热、热轧、冷却卷取，其特征在于：

1)所述连铸阶段中，连铸拉速0.5m/min～10.0m/min，浇铸过热度15～30℃；

2)所述铸坯加热阶段中，板坯加热速率为5℃/min～50℃/min，板坯出炉温度为1180～1300℃，加热时间为30min～200min；

3)所述热轧阶段中，热轧压缩比≥90％，热轧终轧温度为860～950℃；

4)所述冷却卷取阶段中，带钢冷却速率≥20℃/s，卷取温度为580～680℃。

优选的，所述步骤1)中采用厚板坯连铸，厚板坯先冷却，然后进入加热炉进行铸坯加热，所述厚板坯先冷却过程中，冷却速率≤50℃/min，所述进入加热炉进行铸坯加热时，板坯入炉温度≥200℃，加热速率≤20℃/min。

更优选的，所述步骤1)中所述厚板坯采用保温罩进行缓冷。

优选的，所述步骤2)中板坯出炉温度为1200～1250℃。

优选的，所述步骤3)中热轧终轧温度为860～920℃。

优选的，所述步骤3)中热轧后的带钢组织中铁素体体积分数不低于99％。

优选的，所述步骤4)中带钢冷却速率≥30℃/s。

优选的，所述步骤4)中带钢的冷却方式包括前段冷却、两段冷却和多段冷却中的一种或几种。更优选采用前段冷却的冷却方式。

采用上述工艺的理由在于：

连铸阶段时，拉速控制在0.5m/min～10.0m/min，过热度控制在15～30℃可有效减少铸坯中心偏析、疏松以及铸坯表面裂纹的产生，

铸坯加热阶段中，由于钢中加入大量的Al提高了钢材的热膨胀系数，加入速率过高，容易引起连铸坯因内应力过大而产生开裂，加入速率过低，加热时间过长，引起表面脱碳严重，钢中晶粒粗大，降低钢材的韧性。因此本发明加热速率为5～50℃/min。

同时，本发明中出炉温度在1180～1300℃，这是由于钢中含有合金元素Nb，加热温度低时，板坯冷却过程中形成的碳氮化物难以固溶，降低其细晶强化和固溶强化效果。另外板坯出炉温度过低，变形抗力增加，难以轧制，且容易产生边裂问题，而温度太高容易造成脱碳严重和晶粒粗大，降低钢材韧性，同样产生边裂问题。

本发明的加热时间为30～200min，加热时间太短，板坯的温度均匀性差，合金元素扩散不充分，而加热时间太长，容易造成板坯表面脱碳严重。因此本发明加热时间为30～200min。

热轧阶段中，本发明的终轧温度860～950℃，终轧温度过高，晶粒不能得到有效细化，降低钢材韧性和强度，终轧温度过低，变形抗力增大，造成板带轧制，且钢中容易形成带状组织，降低钢材的韧性。

本发明热轧后带钢冷却过程中，带钢冷却速率≥20℃/s，卷取温度580～680℃。带钢冷却速率过低，钢中形成带状组织，且增加钢中珠光体的含量，降低韧性。卷取温度过高，钢中形成的铁素体晶粒过于粗大，降低钢材的强度和塑性，卷取温度过低，钢材不能充分回复和再结晶，钢材的塑性降低。

本发明的有益效果在于：

本发明与现有技术相比：本发明提供一种600MPa级高屈强比热轧高强轻质钢及其制造方法。本发明的钢材具有99％以上的铁素体，抗拉强度达到600MPa以上，延伸率达到18％以上，且屈强比大于0.80，密度7.50g/cm³以下，不需要通过降低钢板厚度来减轻重量，钢板厚度可达1.0～10.0mm。本发明的热轧产品具有强度高、塑性好、冷弯性能良好、密度低等特点，密度比常规品种降低5％以上，具备良好的减重潜力，适用于汽车结构件及加强件的制造。由于本发明得到的微观组织为纯铁素体组织，克服了现有技术中存在的带状组织，提高了产品性能均匀性和冷弯性能。本制造方法简单易行，无需额外增加设备投资，适合于工业化生产，具有很强的实用性。

具体实施方式

以下通过具体实施例对本发明的600MPa级高屈强比热轧高强轻质钢及其制造方法作进一步的说明：

表1列出了序号1～5的实施例1～实施例5的600MPa级高屈强比热轧高强轻质钢及序号6～8的对比例1～对比例3的轻质钢化学成分的重量百分数(余量为Fe和不可避免的杂质)。

表1实施例的化学成分(wt，％)

本发明序号1～5的实施例1～实施例5的600MPa级高屈强比热轧高强轻质钢及序号6～8的对比例1～对比例3的轻质钢按照如下方法制造得到，具体工艺参数如表2所示：

它依次包括以下步骤：连铸、铸坯加热、热轧、冷却卷取，其特征在于：

表2各实施例的制造方法工艺参数

序号	板坯出炉温度℃	板坯加热时间min	终轧温度℃	冷却速率℃/s	卷取温度℃
						1	1180	30	890	60	620
2	1200	180	920	30	650
						3	1250	160	935	27	600
4	1300	200	950	35	680
						5	1230	150	900	56	580
6	1190	180	870	40	620
						7	1230	180	880	45	630
8	1230	160	890	30	620

将序号1～5的实施例1～实施例5的600MPa级高屈强比热轧高强轻质钢及序号6～8的对比例1～对比例3的轻质钢进行性能检测，其主要性能检测结果如表3所示。

表3各实施例主要性能检测结果

从表3中可以看出，本发明产品的组织为铁素体组织，抗拉强度达到600MPa以上，延伸率超过18％，屈强比高于0.80，组织中无带状组织，冷弯性能良好，密度7.50g/cm³以下，密度比常规钢种(7.85g/cm³)降低5.0％以上，而序号为4和5的对比例的化学成分不在本发明的范围，虽然其抗拉强度达到600MPa以上，但屈强比低于0.80，延伸率低于18％，且产品出现了带状组织，产品的冷弯性能不合格。序号为6的对比例由于钢中的C、Mn含量低于本发明的下限，导致其最终的抗拉强度偏低，不满足本发明抗拉强度600MPa以上的要求。

本发明技术领域的科研人员可根据上述作内容和形式非实质性的改变而不偏离本发明所实质保护范围，因此，本发明不局限于上述具体的实施实例。

Claims

1.一种600MPa级高屈强比热轧高强轻质钢，其特征在于：它的化学成分按质量百分数计为：C:0.05％～0.20％，Mn:0.50％～2.00％，Si:0.05～0.50％；Al:3.0～8.0％，Nb:0.02～0.10％，P≤0.015％，S≤0.010％，N≤0.008％，Ca:0.0001-0.0050％，其余为Fe及不可避免的杂质；

其中所述轻质钢中的C、Al、Mn、Nb的质量百分数满足0.10≤(15C+0.5Mn)/(Al+10Nb)≤0.40，Mn/Al≤0.25。

2.一种制造权利要求1所述600MPa级高屈强比热轧高强轻质钢的方法，它依次包括以下步骤：连铸、铸坯加热、热轧、冷却卷取，其特征在于：

3.根据权利要求2所述600MPa级高屈强比热轧高强轻质钢的制造方法，其特征在于：所述步骤1)中采用厚板坯连铸，厚板坯先冷却，然后进入加热炉进行铸坯加热，所述厚板坯先冷却过程中，冷却速率≤50℃/min，所述进入加热炉进行铸坯加热时，板坯入炉温度≥200℃，加热速率≤20℃/min。

4.根据权利要求3所述600MPa级高屈强比热轧高强轻质钢的制造方法，其特征在于：所述步骤1)中所述厚板坯采用保温罩进行缓冷。

5.根据权利要求2所述600MPa级高屈强比热轧高强轻质钢的制造方法，其特征在于：所述步骤2)中板坯出炉温度为1200～1250℃。

6.根据权利要求2所述600MPa级高屈强比热轧高强轻质钢的制造方法，其特征在于：所述步骤3)中热轧终轧温度为860～920℃。

7.根据权利要求2所述600MPa级高屈强比热轧高强轻质钢的制造方法，其特征在于：所述步骤3)中热轧后的带钢组织中铁素体体积分数不低于99％。

8.根据权利要求2所述600MPa级高屈强比热轧高强轻质钢的制造方法，其特征在于：所述步骤4)中带钢冷却速率≥30℃/s。

9.根据权利要求2所述600MPa级高屈强比热轧高强轻质钢的制造方法，其特征在于：所述步骤4)中带钢的冷却方式包括前段冷却、两段冷却和多段冷却中的一种或几种。